第1篇 晶体学基础

第1章 晶体简介/3

1.1 晶体学发展历程 /3

1.2 晶体主要特征 /4

1.3 周期点阵 /6

第2章 晶体的对称性/8

2.1 宏观对称性 /8

2.1.1 宏观对称性的种类 /8

2.1.2 点 群 /12

2.1.3 晶 系 /14

2.1.4 点群符号 /15

2.2 点阵描述 /17

2.2.1 晶向指数 /17

2.2.2 晶面指数 /18

2.2.3 晶面间距与晶面夹角 /20

2.2.4 晶 带 /21

2.3 晶体微观对称性及空间群 /21

2.3.1 晶体的微观对称性 /21

2.3.2 空间群 /27

2.4 实际晶体结构 /31

2.4.1 实际晶体结构举例 /31

2.4.2 常用晶体学手册及软件

介绍 /33

第3章 倒易点阵/36

3.1 倒易点阵的定义 /36

3.2 基本性质 /37

3.3 倒易点阵与正点阵的转换 /38

第2篇 X射线衍射分析

第1章 X 射线物理基础/49

1.1 X射线衍射分析简史 /49

1.2 X射线的本质与产生 /50

1.2.1 X射线的本质 /50

1.2.2 X射线的产生 /50

1.2.3 两种X射线 /51

1.3 X射线与物质的交互作用 /55

1.3.1 散射现象 /55

1.3.2 吸收现象 /56

1.4 X射线防护 /60

第2章 X 射线衍射几何/61

2.1 X射线衍射现象 /61

2.2 劳厄方程和布拉格方程 /62

2.2.1 劳厄方程 /62

2.2.2 布拉格方程 /65

2.2.3 布拉格方程的讨论 /67

2.3 衍射方程的厄瓦尔德图解 /69

2.4 X射线衍射方法 /69

第3章 X 射线衍射强度/73

3.1 单个电子的散射强度 /74

3.2 原子的散射强度 /75

3.3 晶胞的散射强度 /76

3.3.1 结构因子 /76

3.3.2 几种典型晶体点阵的消光

规律 /78

3.4 晶体的散射强度 /82

3.4.1 理想小晶体的散射 /82

3.4.2 真实晶体的散射强度 /84

3.5 多晶体的衍射强度 /86

3.5.1 参加衍射的晶粒数 /86

3.5.2 多重性因子 /86

3.5.3 单位弧长的衍射强度 /87

3.5.4 影响衍射强度的其他因素 /88

3.6 粉末多晶体衍射强度的计算

与应用 /90

第4章 粉末多晶体X 射线衍射仪/93

4.1 测角仪 /94

4.2 计数器 /96

4.3 单色器 /97

4.4 测量条件 /98

第5章 X 射线物相鉴定/102

5.1 标准X射线衍射卡片 /102

5.2 物相鉴定 /104

5.3 物相含量分析 /107

5.3.1 基本原理 /107

5.3.2 分析方法 /108

第6章 点阵常数的精确测定/115

6.1 粉末衍射线的指标化 /115

6.1.1 立方晶系晶体的指标化 /115

6.1.2 非立方晶系晶体的

指标化(解析法) /117

6.2 点阵常数的精确测定 /119

6.2.1 点阵参数测定中的误差

来源 /119

6.2.2 点阵参数的精确测定

方法 /121

第7章 X 射线宏观应力分析/127

7.1 基本原理 /127

7.1.1 残余应力的分类 /127

7.1.2 测量原理 /128

7.2 宏观应力测定 /129

7.2.1 基本公式 /129

7.2.2 测量方法 /132

7.2.3 样品要求 /135

7.2.4 测量参数 /136

7.2.5 定峰法 /137

第8章亚晶粒大小和显微畸变的测定/140

8.1 衍射线的宽化 /140

8.1.1 仪器引起的宽化 /140

8.1.2 物理宽化 /141

8.1.3 谱线线形的卷积合成 /143

8.2 亚晶尺寸和微观应力的测定 /143

8.2.1 Kα1 和Kα2 双线的分离 /144

8.2.2 几何宽化与物理宽化的

分离 /145

8.2.3 细晶宽化与显微畸变宽化的

分离 /146

第9章 非晶材料X射线分析及结晶度

测定/148

9.1 非晶材料X射线分析 /148

9.2 结晶度测定 /150

第10章 织构测量/152

10.1 织构的分类 /152

10.2 织构的简易测量 /153

10.3 织构的精确测量 /153

10.3.1 极射赤面投影 /153

10.3.2 极图的测量 /156

10.3.3 反极图及其测量 /160

10.3.4 三维取向分布函数 /162

第3篇 透射电子显微学

第1章 电子光学基础/169

1.1 显微镜的分辨率 /169

1.2 电磁透镜 /171

1.2.1 短磁透镜的聚焦原理 /171

1.2.2 电磁透镜的设计 /173

1.2.3 磁透镜的焦距与光学性质 /174

1.3 电磁透镜的像差 /175

1.3.1 几何像差 /175

1.3.2 色 差 /177

1.3.3 电磁透镜的分辨率 /177

1.4 透镜的景深和焦长 /178

1.4.1 景 深 /178

1.4.2 焦 长 /179

第2章 透射电子显微镜/181

2.1 透射电子显微镜的发展简史 /181

2.2 透射电子显微镜和光学显微镜的

比较 /181

2.3 透射电子显微镜的基本结构 /183

2.4 透射电子显微镜的实际

分辨率 /195

2.5 透射电子显微镜的样品制备 /196

2.5.1 粉末样品的制备 /196

2.5.2 薄膜样品的制备 /198

2.5.3 透射电子显微镜样品制备的

其他方法 /205

第3章 电子与物质的相互作用/208

3.1 电子的弹性散射 /209

3.2 电子的非弹性散射 /210

3.2.1 透射电子 /210

3.2.2 等离子体激发 /211

3.2.3 声子激发 /211

3.3 辐照损伤 /211

第4章 电子衍射/212

4.1 电子衍射与X射线衍射的

区别 /212

4.2 电子衍射基本原理 /213

4.2.1 阿贝成像原理 /213

4.2.2 电子衍射布拉格方程

图解 /214

4.2.3 晶带定律 /214

4.2.4 电子衍射的强度 /215

4.2.5 电子衍射基本公式 /221

4.3 倒易点阵平面的画法 /222

4.4 选区电子衍射 /224

4.4.1 有效相机常数 /224

4.4.2 磁转角 /225

4.4.3 选区电子衍射 /225

4.5 单晶电子衍射 /228

4.5.1 单晶电子衍射花样的产生及其

几何特征 /228

4.5.2 单晶电子衍射花样的

标定 /230

4.6 多晶电子衍射 /243

4.6.1 多晶电子衍射花样的产生及其

几何特征 /243

4.6.2 多晶电子衍射花样的

标定 /245

4.6.3 多晶织构样品的电子衍射

花样 /247

4.7 单晶、多晶和非晶电子衍射谱

比较 /248

第5章 复杂电子衍射谱/251

5.1 超点阵结构 /251

5.2 长周期结构 /252

5.3 会聚束电子衍射 /254

5.4 二次衍射 /255

5.5 波纹图 /257

5.6 高阶劳厄带 /260

5.6.1 高阶劳厄带的种类 /260

5.6.2 高阶劳厄带的应用 /261

5.7 菊池线 /262

5.7.1 菊池线的产生 /262

5.7.2 菊池线的几何特征 /264

5.7.3 菊池线的应用 /267

5.8 孪 晶 /269

第6章 透射电子显微术图像衬度/274

6.1 质厚衬度 /275

6.2 衍射衬度 /278

6.2.1 电子衍衬像的运动学

理论 /278

6.2.2 电子衍衬像的动力学

理论 /295

6.3 相位衬度 /299

6.3.1 高分辨透射电子显微术的

发展史 /300

6.3.2 相位衬度的成像原理 /300

6.3.3 高分辨透射电子显微镜在材料

科学中的应用 /305

第7章 扫描透射电子显微镜/309

7.1 扫描透射电子显微镜的工作

原理 /309

7.1.1 STEM 的Z-衬度像 /309

7.1.2 STEM 的工作原理 /310

7.1.3 扫描透射电子显微镜的成像

方式 /310

7.2 扫描透射电子显微镜的特点 /311

7.2.1 STEM 的优点 /311

7.2.2 STEM 的缺点 /312

7.3 扫描透射电子显微镜的应用 /312

第4篇 扫描电子显微镜与电子探针显微分析

第1章 扫描电子显微镜概述和发展

历史/317

1.1 扫描电子显微镜概述 /317

1.2 扫描电子显微镜的发展历史 /317

第2章 电子与物质的交互作用/319

2.1 电子与固体物质的相互

作用区 /319

2.1.1 原子序数的影响 /319

2.1.2 入射电子束能量的影响 /320

2.1.3 样品的倾斜角效应 /320

2.2 电子束与样品相互作用产生的

信号 /320

2.2.1 非弹性散射机制 /321

2.2.2 背散射电子 /322

2.2.3 二次电子 /323

2.2.4 吸收电子 /324

2.2.5 透射电子 /325

2.2.6 特征X射线 /325

2.2.7 俄歇电子 /326

2.2.8 阴极荧光 /327

第3章扫描电子显微镜的原理、结构

和性能/328

3.1 扫描电子显微镜的工作原理 /328

3.2 扫描电子显微镜的结构 /329

3.2.1 电子光学系统 /329

3.2.2 扫描系统 /331

3.2.3 信号的检测及放大系统 /331

3.2.4 图像的显示与记录系统 /332

3.2.5 真空系统与电源系统 /332

3.3 扫描电子显微镜的主要性能 /332

3.3.1 分辨率 /332

3.3.2 景 深 /334

3.3.3 放大倍率 /335

3.3.4 加速电压 /336

3.4 扫描电子显微镜样品的制备 /338

第4章表面形貌衬度原理及其应用/341

4.1 二次电子检测器 /341

4.2 二次电子成像原理 /342

4.3 二次电子形貌衬度的应用

举例 /344

第5章原子序数衬度原理及其应用/347

5.1 背散射电子检测器 /347

5.2 背散射电子像衬度原理 /348

5.3 背散射电子像衬度的应用

举例 /350

5.4 吸收电子衬度原理及应用 /351

第6章 电子背散射衍射/352

6.1 EBSD的结构及基本原理 /353

6.1.1 EBSD系统的组成 /353

6.1.2 EBSD系统硬件 /353

6.1.3 菊池带 /354

6.1.4 取向标定原理 /355

6.1.5 菊池带的自动识别原理 /356

6.2 EBSD的分辨率 /356

6.3 取向显微术及取向成像 /357

6.4 EBSD样品的制备 /358

6.5 EBSD的应用 /358

6.5.1 物相鉴定及相含量测定 /358

6.5.2 晶体取向信息 /359

6.5.3 应变信息 /362

第7章 电子探针显微分析/364

7.1 电子探针仪的理论基础与构造 /365

7.1.1 理论基础 /365

7.1.2 仪器构造 /366

7.2 X射线谱仪———能谱仪

与波谱仪 /367

7.2.1 能谱仪 /367

7.2.2 波谱仪 /370

7.2.3 波谱仪与能谱仪的比较 /375

7.3 电子探针分析 /375

7.3.1 电子探针用样品与标样 /375

7.3.2 电子探针分析方法 /377

7.3.3 电子探针微区分析应用

举例 /385

第5篇 其他显微分析方法

第1章 能谱分析类/389

1.1 俄歇电子能谱 /389

1.1.1 俄歇电子能谱的基本分析

原理 /389

1.1.2 俄歇电子能谱仪的结构 /390

1.1.3 俄歇电子能谱仪的应用 /393

1.2 X射线光电子能谱 /394

1.2.1 X射线光电子能谱的测量

原理 /395

1.2.2 X射线光电子能谱的

结构 /396

1.2.3 X射线光电子能谱的

应用 /397

1.3 X射线荧光光谱 /400

1.3.1 X射线荧光光谱的原理 /400

1.3.2 X射线荧光光谱的结构 /401

1.3.3 X射线荧光光谱的应用 /402

1.3.4 几种表面微区成分分析技术的

对比 /404

1.4 电子能量损失谱分析 /404

1.4.1 电子能量损失谱的原理 /405

1.4.2 电子能量损失谱仪的基本

结构 /405

1.4.3 电子能量损失谱的应用 /406

第2章 光谱分析类/408

2.1 红外光谱 /408

2.1.1 红外光谱仪的工作原理 /409

2.1.2 分子振动 /410

2.1.3 红外光谱与基团频率 /412

2.1.4 红外光谱分析应用 /414

2.2 拉曼光谱 /415

2.2.1 拉曼光谱概述及原理 /415

2.2.2 激光拉曼光谱仪的工作

原理 /416

2.2.3 红外光谱与拉曼光谱

比较 /417

2.2.4 拉曼光谱的应用特点 /418

2.2.5 拉曼光谱分析应用 /419

2.3 紫外-可见吸收光谱 /420

2.3.1 紫外-可见吸收光谱的产生

机理 /421

2.3.2 紫外-可见吸收光谱法的特点

及其影响因素 /423

2.3.3 紫外-可见吸收光谱仪的工作

原理 /424

2.3.4 紫外-可见吸收光谱法的

应用 /424

第3章 探针型显微镜分析类/426

3.1 场离子显微镜与原子探针 /426

3.1.1 场离子显微镜的结构 /426

3.1.2 场离子显微镜的成像

原理 /427

3.1.3 场离子显微镜的应用 /430

3.1.4 原子探针 /430

3.1.5 三维原子探针应用举例 /431

3.2 扫描探针型显微镜 /432

3.2.1 扫描隧道显微镜 /432

3.2.2 原子力显微镜 /437

3.2.3 综合型扫描探针显微镜 /439

参考文献/445

附 录/449

附录Ⅰ 晶面间距计算公式/449

附录Ⅱ 晶面夹角计算公式/450

附录Ⅲ 质量吸收系数μm /ρ /451

附录Ⅳ 原子散射因子f /452

附录Ⅴ 粉末法的多重性因子PHKL /453

附录Ⅵ 标准电子衍射花样/453

扩展阅读

1 五次对称与准晶/12

2 含五次等非周期对称性的点群/14

3 点群的极射赤面投影图表示/14

4 六方晶系指数标定及高维空间

晶体学/19

5 晶体学的局限性以及基于第一近邻

多面体团簇的结构描述方法/44

6 粉末多晶体X射线衍射分析方法之

照相法/100

7 常用X射线物相分析软件———

MDI Jade的简介/113

8 球差校正电子显微镜/179

9 电子衍射的计算机分析/249

6 |材料微结构分析原理与方法